Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nde araştırmacılar, dünyada ilk kez, tamamı Grup IV yarı iletken malzemelerden (GeSn ve GeSiSn alaşımları) yapılmış ve yaklaşık 27°C’de çalışan bir p-tipi rezonans tünel diyodu (RTD) gerçekleştirdi. Ekip, yalnızca toksik olmayan elementlere dayanan bu yaklaşımın, InGaAs gibi indiyum ve arsenik içeren Grup III-V tabanlı tasarımlara göre daha güvenli, maliyet etkin ve entegre üretime uygun olduğunu vurguladı. Çalışma, yeni nesil kablosuz sistemlerde terahertz (THz) frekanslarına uzanan bileşenlerin önünü açıyor.
TERAHERTZ HEDEFİ GÜÇLENİYOR
Araştırma, 6G’nin gerektirdiği yüksek hızlı ve büyük hacimli veri aktarımı için kritik görülen THz iletişimi tarafında eksik kalan halkalardan birini tamamlıyor. RTD’lerin negatif diferansiyel direnç özelliği sayesinde, doğru tasarlanmış devrelerde yüksek frekanslı salınımların sürdürülmesi mümkün oluyor. Böylelikle, elektriksel kayıpların zayıflattığı sinyallerin THz bandına taşınması için temel bir yapıtaşı ortaya konmuş oldu.
KATMAN MİMARİSİNDE ATILIM
Daha önce aynı ekip, yalnız Grup IV malzemelerle bir p-RTD göstermiş, ancak cihaz –263°C gibi uç soğutma gereksinimleri nedeniyle pratik kullanım sınırlarının dışında kalmıştı. Yeni çalışmada, katman büyütme sırasında hidrojen gazının kontrollü kullanımı ile çift bariyerli yapıda ada büyümesi ve katmanlar arası karışım baskılanarak düzgün, düzenli ve sızıntı akımlarını azaltan bir profil elde edildi. Ekip, farklı senaryoları test etti ve sadece GeSn katmanlarına hidrojen verilmesi durumunda en istikrarlı çift bariyer mimarisine ulaşıldığını raporladı.
NEGATİF DİRENÇ DOĞRULANDI
RTD’nin çalışabilmesi için katman saflığı ve ara yüz kalitesi kritik önemde. Katmanlarda kusur veya karışım oluştuğunda, elektronların kolay kaçak yollar bulması negatif diferansiyel direncin görülmesini engelleyebiliyor. Nagoya ekibi, hidrojen destekli süreçle bu kaçak kanallarını bastırarak oda sıcaklığında NDR davranışını güvenilir biçimde gözledi. Bu sonuç, RTD’lerin tüketici elektroniğine ve kablosuz altyapılara daha gerçekçi koşullarda entegre edilebilmesinin kapısını aralıyor.
6G İÇİN YENİ SAYFA
Nagoya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nden kıdemli yazar Dr. Shigehisa Shibayama, Grup IV tabanlı RTD’lerin toksik içermeyen, daha düşük maliyetli yapısı ve CMOS dostu entegrasyon avantajları sayesinde geniş ölçekli üretime uygun bir platform sunduğunu belirtiyor. Bu nitelikler, terahertz alıcı/verici zincirlerinde enerji verimliliği yüksek, hızlı ve kompakt bileşenlerin geliştirilmesini kolaylaştırabilir.
ÜRETİME GİDEN YOL
Ekip, GeSn ve GeSiSn katmanlarıyla oluşturulan çift bariyerli kuantum kuyusu içeren p-RTD’nin, oda sıcaklığında çalışmasını mümkün kılan süreç tarifini ayrıntılı şekilde ortaya koydu. Üç üretim varyantını kıyaslayan çalışmada, özellikle GeSn katmanlarına hidrojen verilmesi ile katmanlar arası difüzyonun ve ada oluşumunun baskılandığı; böylece sızıntı akımlarının düştüğü ve NDR / salınım koşullarının sağlandığı bildirildi. Bu mimari, yüksek frekanslı osilatörler, karıştırıcılar ve anahtarlayıcılar için THz bandına uzanan bir malzeme-platform çözümü sunuyor.
